分子尺度上對遺傳物質的讀寫

近?30?年來，以?CRISPR（成簇規律間隔的短回文重復序列）為代表的基因編輯技術飛速發展與應用，使人類能夠在一定程度上對于?DNA?進行精確編輯。科學家不斷改進?CRISPR?系統，利用?CRISPR?技術實現特定基因的破壞、修復、關閉和啟動，實現對癌癥、肥胖癥、艾滋病、乙肝以及各類遺傳疾病（包括鐮刀形紅細胞貧血癥等）的治療。同時，CRISPR?作為一種新的使能技術，能夠為諸如合成生物學等新學科發展開辟嶄新的領域，可以催生并構建新的分子機器和器官，以及用于大規模遺傳篩選和制造各種基因缺陷的動物模型工具，進而使研究人員能夠利用這些工具在原子和分子層面上對新的理論和技術進行測試。美國國家科學基金會認為?CRISPR?作為一種使能技術，能夠有效地促使科學和工程領域的重大跨越，極大地促進了表觀遺傳學、合成生物學等生物學新興領域的快速發展。

合成生物學是在分子水平上對生命系統的重新設計和改造；合成生物學結合了其他領域的知識和工具，涉及的領域包括系統生物學、基因工程、機械工程、機電工程、信息論、物理學、納米技術和電腦模擬等；合成生物學已經在農業、能源、制造業和醫學等行業得到應用。合成生物學的發展表明生物分子適合作為存儲數字化數據的載體。美國國家科學基金會于?2017?年?5?月首次發布了《針對信息處理和存儲技術的半導體合成生物學》項目指南，旨在探索合成生物學與半導體技術之間的協同作用，開創兩大領域的新技術突破。趙國屏院士指出，“合成生物學的崛起突破了生物學的傳統研究范式，從‘格物致知’轉變為‘建物致知’……它（合成生物學）不僅將人類對生命的認識和改造能力提升到一個全新的層次，也為解決與人類社會相關的全球性重大問題提供了重要途徑”。哈佛大學教授?George Church?認為合成生物學和基因編輯技術共同將人類帶入了基因組學革命時代，即染色體尺度上基因讀和寫的交融。